高性能LDO线性稳压器的设计

LDO的输出电流要求从0到全负载(本设计为100mA)，因此gm4也会随负载电流而变化，导致次级点P2也会随着负载电流的变化而变化。设计时可用平滑极点技术来解决这个问题，对于R和MP2串联组成的电路，它能动态的根据负载电流的变化来进行偏置。在大负载电流状况下，R和MP2能够偏置更大的电流以展宽电路带宽，同时降低输出电阻以适应次级点P2被推到更高的频率下。在小负载电流状态下，P2在较低的频率，并将R和MP2偏置在更窄的带宽和更大的电阻以保证其稳定性。静态偏置电流要尽量小，以保证电路的低功耗。

调整管的栅极可设计成对地电阻明显大于对VDD的电阻，以使得调整管的栅极能够跟随电源的变化，从而得到更好的电源抑制性。为了产生一个较小的对VDD的电阻，可用R和M串联接在栅极与VDD之间。如果LDO的负载电流很小，那么，调整管将工作在弱反或亚阈值区，因此，MP的Vcs小于Vth，由于MP和MP的Vcs是相等的，MP被关掉。在这种情况下，R由前级电路的N管偏置。当LDO的负载电流很大时，调整管的Vcs增加，MP打开，并以一个很小的电阻开启与R串联，此时MP表现为一个开关。此时调整管栅极对VDD的电阻会极大地减小，同时前级偏置电流增加，带宽也会增加。从环路稳定性来说，它允许LDO通过动态的改变调整管栅极处的带宽和电阻来适应负载电流的改变，从而较好地提高电路的瞬态响应。

2 过压保护

当LDO的输出电源电压高于一定数值时，过压保护电路会自动启动，并对电源电压进行调整；而当电源电压恢复到正常范围时，保护电路又会自动关闭。图2为过压保护电路结构。需要注意的是，保护电路的调整管需要对大电流进行泄放，因而需要在版图上对其进行特殊处理。

3 仿真结果

本芯片采用SMIC 0．18μm CMOS Logic工艺设计并流片。芯片面积为l70x280μm，静态电流为200μA，电容采用MOM实现，其整体版图如图3所示。版图内大部分为功率管及米勒电容。输出电源线的走线应当尽量宽，同时可用多层金属，以减小线上电阻。

4 结束语

当负载电流从O到100 mA时，本设计的LDO瞬态特性电压纹波在50 mV以下，调整时间在20μs左右，同时，LDO的PSRR在低频时可达到63d-B，100 kHz时有35 dB，完全可以满足系统要求。